3 個角度分析COB技術的LED散熱性能
摘要: 本文重點從封裝角度對LED的散熱性能進行熱分析,并進行熱設計。采用COB技術,直接將LED芯片封裝在鋁基板上,縮短了熱通道和熱傳導的距離,從而降低了LED的結溫,設計出一種基于COB技術的LED。分析其等效熱阻網絡,比較不同封裝方法對整個LED器件散熱性能的影響,并進行紅外熱像圖分析。
3.1 LED的散熱
LED的散熱性能參數主要是指結溫和熱阻。LED的結溫是指PN結的溫度,LED的熱阻一般是指PN結到外殼表面之間的熱阻。結溫是直接影響LED工作性能的參數,熱阻則是表示LED散熱性能好壞的參數。熱阻越小,LED的熱量越容易從PN結傳導出來,LED的結溫越低,LED的持續(xù)光效越高,壽命也越長。
當LED的PN結溫度升高時,會導致LED的正向導通壓降減小,意味著一旦回路中的LED出現過度溫升,PN結對此的響應會使LED的溫度進一步升高,如果LED芯片的溫度超過一定值,整個LED器件就會損壞,這一溫度值即臨界溫度。不同封裝材料的LED的臨界溫度不同,即使是同一材料,封裝工藝等因素也會影響臨界溫度。與傳統(tǒng)光源不同的是,印制電路板既是LED的供電載體,同時也是散熱載體。因此,印制電路板的散熱設計(包括焊盤設置、布線和鍍層等)對LED的散熱性能尤為重要。
3.2 封裝工藝對散熱性能的影響
目前市場上對LED芯片的封裝以單顆封裝為主,單顆封裝如僅應用在1~4顆LED散光燈,散光燈點亮時間短暫,故熱累積現象不明顯。如應用在日光燈上,要緊密排列并較長時間點亮,因此在有限的散熱空間內難以及時地將這些熱排除于外。
LED芯片的特點是在極小的體積內產生極高的熱量。而LED本身的熱容量很小,所以必須以最快的速度把這些熱量傳導出去,否則就會產生很高的結溫。
雖然LED芯片架構與原物料是影響LED熱阻大小的因素之一,減少LED本身的熱阻是先期條件,但畢竟對改善散熱能力影響有限,所以通過選擇適當的LED封裝工藝技術成為對LED進行散熱設計的主要方法。表1列出的是市場上常見的幾種不同封裝工藝LED的熱阻。

可見采用COB技術封裝的LED相比于其他封裝工藝熱阻最小。
3.3 材料對散熱性能的影響
封裝工藝確定后,通過選取不同的材料進一步降低LED器件的熱阻,提高LED的散熱性能。目前國內外常針對基板材料、粘結材料和封裝材料進行擇優(yōu)選擇。
不同導熱系數的基板材料,如銅、鋁等對于LED熱阻大小的影響很大,因此選取合適的基板也是降低LED元件熱阻的方法之一。表2為采用不同材料制成基板的性能對比,綜合看來,鋁基板最佳,具有高熱導率、抗腐蝕、成本低等優(yōu)點。

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